Op welke hoogte bevinden de meeste satellieten zich?

Antwoord

Satellieten moeten zeker buiten de atmosfeer hangen, anders worden ze voortdurend afgeremd en zouden ze tenslotte de dichtere lagen van de atmosfeer induiken. Indien de baan volledig buiten de atmosfeer ligt (en dat is natuurlijk de bedoeling) wordt de satelliet door niets afgeremd en blijft ze in die baan zonder dat de motoren moeten werken.
Het probleem is dat de amosfeer geen duidelijke grens heeft. De dichtheid neemt geleidelijk af. Bemande vliuchten van laat ons zeggen een tiental dagen (een typische Shuttle vlucht) grijpen plaats op een hoogte van toch minstens een 200 km. Het International Space Station zit tussen 350 en 400 km, maar zelfs daar zakt de hoogte langzaam door het beetje ijle atmosfeer dat er op die hoogte nog is. Meestal wordt de motor van een aangemeerd Progress bevoorradingsschip gebruikt om de hoogte weer op te krikken. Dit kan je duidelijk zien op het hoogteprofiel van ISS in de loop van de jaren. De hoogte neemt geleidelijk af, en wordt van tijd tot tijd weer opgetrokken. Dus in het kort, hoe hoger de baan, hoe langerde satelliet kan blijven rondcirkelen ( of rond-ellipsen) .
Een belangrijke klasse van banen zijn de geostationaire en geosynchrone banen. De omwentelingsperiode van een(cirkel-) baan hangt namelijk eenduidig samen met de baanhoogte, en op een hoogte van ongeveer 36000 km boven het aardoppervlak (dus op zo'n 42350 km van het aardcentrum) is die periode 24 uur. Omdat ook de aarde in 24 uur ronddraait blijft de satelliet dan schijnbaar boven het zelfde punt op aarde hangen. Dit noemt men een geostationaire baan.
De bekende Meteosat-satellieten zijn daar voorbeelden van.
Een geosynschrone baan heeft ook een periode van 24 uur, maar daar is de baan een ellips. Omdat de snelheid in een ellipsbaan variëert zwaait de satelliet dan heen en weer rond een vast punt aan de hemel. De IUE (International Ultraviolet Explorer) zwaaide op d
die manier tussen Amerika en Europa/Afrika heen en weer)

Wat betreft de snelheid (voor de eenvoud beschouwen we enkel cirkelbanen) : hoogte, snelheid (in km/s), hoeksnelheid  en omwentelingsperiode zijn eenduidig met elkaar verbonden. Meer bepaald is de snelheid van een satelliet rond de aarde, in een cirkelbaan :

v ( in m/s )  =  vierkantswortel( G Ma / R )

met G de universele gravitatieconstante  = 6.67 10^-11 m³ kg^-1 s^-2 , M = 6 10²⁴ kg de massa van de aarde en R de straal van de cirkelbaan (dus niet de hoogte boven het aardoppervlak !)  uitgedrukt in  meter. De werkelijke snelheid neemt dus af met de wortel van de voerstraal van de baan. Een andere interessante formumle is :

P² = 4 pi² R³ / ( G Ma)        let op:  P in seconden !

De omlooptijd P neemt dus toe met de macht anderhalf van de voerstraal.